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虚拟现实技术在电力仿真领域的应用

发布时间:2022-09-14

编辑人:灵图互动

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1. 系统背景

变电站是电力系统的重要组成部分,变电站的安全可靠运行对维持电力系统的稳定运行具有重要意义。其中除了对设备的稳定性要求较高外,对操作人员的技术水平也提出了更高的要求。但基于电力系统的特殊性,无法在真实的环境中对操作人员进行培训、考核。所以,基于虚拟现实技术的变电站电力仿真系统应运而生。构建接近真实环境的电力仿真系统,模拟设备运行过程,并设置异常、事故点,在电力仿真系统中对各类异常、事故点反复操作联系,可将其作为新员工培训、老员工考核的重要工具。

虚拟现实技术在电力仿真领域的应用

2. 电力仿真系统建设内容

以现实场景中的真实变电站为蓝本,结合虚拟现实技术,构建电力仿真系统。在电力仿真系统中,可自主进行对应操作练习,提高培训效率。系统中可设置异常点、故障排查,提高运行人员正确判断和处理事故的能力,从而保证电网安全、可靠、经济运行。电力仿真系统主要具有如下功能:

(1)正常操作训练。断路器操作、隔离开关操作、压板操作、保护投停、电压互感器的切换、电容器的投停等。

电力仿真系统建设内容

(2)故障演习训练。断路器故障:拒动、误动、偷跳;隔离开关故障:带负荷拉合隔离开关、带电合接地隔离开关;变压器故障:相间短路、接地短路、匝间短路、变压器过负荷、电压器油温过高;母线故障:母线短路、母线接地;线路故障:近区短路、接地、断线等。

对于变电站管理人员,结合虚拟现实技术的电力仿真系统,可实时了解到现场工作情况,对工作中的盲点能及时提出决策性改进方案。实现虚拟现实中电力仿真系统的交互操作,设定各元件模型可以接受的参数,根据实际需要设计对应数据库,建立实验平台,为电网规划提供可靠的数据支撑。

电力仿真系统故障演习

3. 电力仿真系统的开发设计

结合实际变电站的真实场景,在虚拟现实系统汇总,进行总体电力仿真系统设计。在计算机中虚拟设计各电气元件模型,对模型进行优化、渲染处理。同时导入真实的操作步骤,按照实际操作流程进行电力仿真系统设计。

3.1 电力仿真电气元件及平台的构建

虚拟现实系统的定义:虚拟现实=三维场景+仿真交互。所以三维场景的搭建在虚拟现实系统的构建中具有重要作用。对应三维场景是否合理,对整体电力仿真系统具有重要作用。

建立3D设备模型可以采用通用的建模及动画软件3DsMax,在虚拟现实系统中,通常采用多边形建模。根据实际电气设备的物理形状、大小设计合理断路器、隔离开关、压板、电压互感器等独立的电气元件。精确的模型构建可以尽量真实地模拟现实的工作环境,但虚拟现实场景中的模型面数过多,又会导致运行速度下降或无法运行。所以在建模过程中,应遵循以下原则:尽量采用简单模型、减少模型分段、删除场景中不可见的面、减少细条形面而尽量采用三角形面。为了能使最终的系统正常运行,一般保证模型面数低于500万面。

同时为了使虚拟现实系统具有更逼真的效果,需要对建好的模型元件进行贴图处理。贴图是对物体表面的描述,它可以将表面的纹理真实地显示出来,对电力仿真平台的对应贴图可以采用相机进行拍摄,也可以自行手工设计。但贴图文件的大小同样影响系统的运行效果,为了压缩贴图资源,可采用如下方法:重复利用贴图、较大贴图裁剪成小的贴图、在不影响系统效果的前提下压缩贴图文件。最后对模型进行灯光设置,使其效果更真实。

电力仿真电气元件及平台的构建

3.2 虚拟变电站系统的构建

当三维虚拟现实平台搭建成功后,此时需要对所有三维电力仿真模型的每个面进行渲染处理,得到最终的虚拟现实系统贴图,这些贴图将用于最终的电力仿真系统运行。为了在视觉效果与运行效果之间达到平衡,一般选用512像素进行贴图渲染。由于渲染过程一般需要耗费很长时间,一次渲染模型过多有可能导致系统崩溃,建议一次渲染一部分虚拟现实场景,渲染成功存盘之后再进行新的模型渲染。由于系统最终加载贴图时会根据图形文件的名字进行处理,所以在进行渲染之前应检查所有虚拟现实场景的命名,将重命名文件进行更改,防止贴图错误。

虚拟变电站系统的构建

渲染结束之后就可以把模型导入虚拟现实软件中了。导入后首先检查系统中是否有不合理的部分,例如露面、破面、电气元件结合不成功等,发现对应问题需返回建模软件中进行更改并重新渲染,当保证所有三维模型均正确后就可以在场景中进行漫游处理了。结合电力仿真的实际需求,可以对整体电力仿真系统进行漫游,也可以是对单独电气元件的具体操作设置,最终实现在虚拟现实软件中对运行人员的操作技术培训。

为了使电力仿真系统对变电站系统规划人员具有指导意义,需要进行对应数据库设定,结合电气元件能够接收的数据参数搭建合理的数据库结构,根据实际需要设定相应的交互数据,从而实现不同的电力仿真系统效果。


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